Warum billige Netzfilter oft sogar Störungen verursachen

Text von Detlev SchnickHIFI-REGLER, update: 04.12.2014


Inhalt:

Eine Kurzinformation zur technischen Wirkungsweise und praktischen Anwendung der Netzfilter im Bereich Audio und Video

Einleitung

Netzfilter und Mantelstromfilter sind zwei Begriffe, die immer wieder genannt werden, wenn es darum geht, Brummen, Bildrauschen oder andere Störeinflüsse an HiFi- und Heimkinoanlagen zu bekämpfen. Einige unserer Kunden möchten gerne etwas mehr zum technischen Hintergrund dieser ominösen Bauteile wissen, insbesondere dann, wenn sie z.B darüber nachdenken, ob es Sinn macht, mehrere hundert Euro z.B. für eine Netzleiste mit Netzfilter auszugeben.

Wir haben uns im Netz und in Fachzeitschriften ein wenig umgesehen und festgestellt, dass man meist eher von elektrotechnischem Fachchinesisch erschlagen wird, als dass man auch nur ansatzweise erfährt, was eigentlich Sache ist. Ein Grund für uns, zu versuchen, das Thema Netzfilter etwas allgemeinverständlicher anzugehen, wobei allerdings auch wir leider nicht ganz auf Fachbegriffe verzichten können. Eine gewisse elektrotechnische Allgemeinbildung müssen wir also voraussetzen. Zunächst einige Informationen zum Mantelstromfilter der in seiner technischer Wirkungsweise dem Netzfilter sehr ähnlich ist - was nicht selten zu Verwechslungen führt ...

Abgrenzung der Begriffe Netzfilter und Mantelstromfilter

Mantelströme entstehen, wenn unbeabsichtigt, meist durch äußere Einflüsse verursacht, ein ungleicher Stromfluss in unterschiedlichen Leitern eines Kabels auftritt. Betroffen sind besonders Koaxialkabel. Hier kann die Ummantelung des Kabels hochfrequente Ströme (HF-Ströme oberhalb 1 MHz) aus der Umgebung aufnehmen, die z.B. durch sogenannten Elektrosmog entstehen.

Der Innenleiter nimmt diese Ströme jedoch nicht oder in wesentlich geringerem Maße auf. Die so entstandenen ungleichen Ströme erzeugen ein Differenzpotential, das natürlicherweise dazu tendiert sich zwischen den Leitern auszugleichen. Die Folge ist eine unkontrollierte Signalverfälschung im Kabel.

Da die Störquellen i.d.R. nicht eindeutig ermittelbar und zudem vollkommen fremdgesteuert sind, treten die resultierenden Fehler meist intermittierend, also sporadisch auf. Dies erschwert die Fehlersuche und mögliche Gegenmaßnahmen erheblich. Ein Mantelstromfilter soll daher das Entstehen der Ungleichströme von vorneherein verhindern.

Als technische Lösung dienen Spulen (Luft-, Kern- oder Ferritspulen) oder ein über das Kabel gestreifter Ferritkern. Der Ferritkern erzeugt wegen seiner hohen magnetischen Leitfähigkeit in dem von ihm beeinflussten Kabelabschnitt ein homogenes Wirkungsfeld und verhindert so die Fortpflanzung der Potentialdifferenzen. Dabei sind allerdings zwei Problemfelder zu beachten:

  1. Jeder Mantelstromfilter muss frequenzneutral wirken. Viele im Handel als Mantelstromfilter angebotene Produkte sind zu schmalbandig ausgelegt und produzieren bereits Dämpfungen (des Signals) im oberen Frequenzbereich. D.h. solche "Mantelstromfilter" funktionieren vielleicht gut für terrestrisches TV-Antennenkabel (Kabelanschluss) zeigen aber auch dort bereits in den oberen Frequenzbereichen Fehler (Bildverrauschen).
  2. Koaxiale Kabel haben aufgrund der sehr verschiedenen Geometrie und unterschiedlichen Abstandes von Innen- und Schirmleitung zum Ferritkern keine absolut identische magnetische KopplungAllein dadurch können bereits Signalverfälschungen entstehen, die mit der eigentlichen Ursache, den Mantelströmen gar nichts zu tun haben müssen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Mantelströme grundsätzlich in jedem Kabel auftreten können, besonders jedoch an koaxial aufgebauten Kabeln. Sie äußern sich in einem unbeabsichtigtem Differenzpotential der Ströme in den Leitern und können sowohl klangverfälschend sein, als auch Bildstörungen hervorrufen.

Gute Mantelstromfilter funktionieren frequenzabhängig (d.h. abhängig von der Frequenz des in dem jeweiligen Kabel transportierten Signals), ohne dabei eine Bevorzugung oder Benachteiligung bestimmter Frequenzen zu verursachen. Ist ein Kabel in dieser Weise mit einem auf die Signalfrequenz des Kabels optimierten Mantelstromfilter versehen, so werden die Mantelströme neutralisiert und die Fehlerquelle ist i.d.R. beseitigt.

Mantelstromfilter sind für jeden Kabeltyp hilfreich, werden jedoch leider von fast allen Herstellern aus Kostengründen nicht eingebaut. Das Mantelstromfilter* verhindert also Störströme, die zwischen den Leitern eines Kabels entstehen. Weitere Infos in unserem Special Mantelstromfilter ... Das Netzfilter* hat hingegen eine andere Aufgabe und Wirkungsweise, die im folgenden dargestellt ist.

Netzfilter

Netzfilter schützen nicht nur Kabel, sondern komplette Anlagen vor Störströmen, die aus dem Netz kommen und sie schützen das Netz vor Störströmen (oder besser störenden Wirkungen) angeschlossener elektronischer Komponenten. Die Schutzwirkung eines Netzfilters ist also aus Sicht einer jeden hinter dem Netzfilter angeschlossenen Komponente zum einen passiv, zum anderen aktiv:

  1. Aktiv: Das Netzfilter* eliminiert Störströme, die aus dem Stromnetz ihren Weg über das Netzkabel in die Anlage finden.
  2. Passiv: Das Netzfilter* verhindert, dass am Netz angeschlossene Komponenten über das Netz störende Einflüsse auf andere Komponenten ausüben können

Aktive Schutzwirkung der Netzfilter: HF-Störnebel und Elektrosmog

Störungen aus dem Netz lassen sich im Wesentlichen in zwei Ursachenfelder einordnen:

  1. Das Kabelnetz in den Wänden, wie auch das geerdete Wasserleitungsnetz eines Hauses wirken wie eine riesige Antenne. Beide Netze sind über die Erdung indirekt miteinander verbunden, was ihre Antennenwirkung noch verstärkt. Sie können dies leicht selbst im Experiment nachvollziehen: Schließen Sie die Wurfantenne eines kleinen Campingradios an einen Heizkörper an. Die Lautstärke des eingestellten Senders wird sich erhöhen.

    Die "Großantenne" im Haus ist für alle möglichen Störnebel und Elektrosmog-Effekte im HF-Bereich empfänglich und produziert dabei verschiedenste Intermodulationsprodukte. Quellen dieses HF-Störnebels können Mobilfunkrichtantennen, Handys, Rundfunksender, Funktelefone, die im Gigahertzbereich senden, Transformatoren u.v.a. Einrichtungen sein.
  2. Im Haus selbst oder in der Umgebung des Hauses am Netz angeschlossene Komponenten speisen unbeabsichtigt Störströme ins Netz. Die EMV/CE-Norm soll dies zwar verhindern indem sie gesetzlich vorschreibt, dass jedes elektrotechnische Gerät in Europa zwingend geprüft sein muss (erkennbar am EMV/CE-Zeichen auf den Geräten). Doch die Praxis zeigt, dass dies leider häufig wirkungslos bleibt. Häufige Störquellen sind PCs, FAX, ISDN-Telefone, Kühlschränke, Heimwerkermaschinen u.s.w.

Gegen diese Störkomplexe kann ein gut konzipierter Netzfilter wirkungsvoll schützen. Doch es gibt noch einen weiteren Aspekt ...

Passive Schutzwirkung: Für jede Komponente einen Netzfilter

In HiFi- und Heimkino-Anlagen sind Netzfilter Bestandteil einer Netzleiste. Als Nutzen steht dabei meist der Blitzschutz oder die Vermeidung von Überspannungsschäden im Vordergrund. In zweiter Linie soll die Netzleiste klang- und bildverschlechternde Störströme aus dem Stromnetz abfangen.

Einfache Netzleisten verfügen zu diesem Zweck über einen Netzfilter am Netzanschlusskabel der Netzleiste. Dies schützt zwar auf kostengünstige Weise alle an der Netzleiste angeschlossenen Komponenten vor Störströmen aus dem Netz, bringt jedoch einen gravierenden Nachteil mit sich. Der Netzfilter verändert die Impedanz in der Leitung zum Netz hin.

Dadurch fließen Störströme der an der Netzleiste angeschlossenen Komponenten nur noch in stark vermindertem Umfang ins Netz ab, ohne jedoch eliminiert zu werden. Was passiert nun, wenn eine oder mehrere an einer solchen Netzleiste angeschlossene Komponenten Störströme absondern? Der Netzfilter lässt die Störströme nicht ins Netz "abfließen" mit der Folge, dass sie verstärkt die übrigen an der Netzleiste angeschlossenen Komponenten beeinflussen. 

In einem solchen Fall könnte es sogar besser sein, ganz auf eine solche Netzleiste mit Netzfilter zu verzichten. Aus diesem Grund ist an hochwertigen Netzleisten jede Steckdose einzeln mit einem Netzfilter versehen oder es werden zumindest Gruppen gebildet, um eine Trennung zu ermöglichen.

Bei der HMS Energia sind es z.B. Zweiergruppen, die separat mit einem Netzfilter abgesichert sind. Eine Energia-Netzleiste hat somit vier Netzfilter-Gruppen. Das macht aus Kostengründen durchaus Sinn und ist in der Praxis vollkommen ausreichend. Besonders störend können sich digitale Komponenten (CD-Player oder Blu-ray-Player) bemerkbar machen, bedingt durch ihre pulsierende Wirkungsweise.

In erster Linie sind wiederum analoge Komponenten (Tuner, Receiver, Kassettendeck) anfällig für digitale Störimpulse. Hingegen neigen analoge Komponenten wesentlich weniger dazu, andere Komponenten oder sich selbst gegenseitig zu stören. Hier kann man im ersten Ansatz Netzfilter-Gruppen aus digitalen und analogen Komponenten zusammenfassen.

Auch Verstärker-Komponenten (Vollverstärker, AV-Receiver, Endstufen) neigen besonders dazu, Störströme über den Trafo abzugeben. Dies ist besonders bei dynamikstarken Musikstücken oder bei Dolby-Digital- oder DTS-Filmton der Fall. Vollverstärker und insbesondere Endstufen sollten daher auf jeden Fall an einem eigenen Netzfilter-Bereich der Netzleiste angeschlossen werden. Dies gilt gleichermaßen für aktive Subwoofer, die sich ihrerseits wiederum nicht im gleichen Netzfilter-Bereich, wie der Verstärker befinden sollten.

Die Trennung der Netzfilterbereiche ist übrigens einer der wichtigsten Gründe, warum eine Energia-Netzleiste oder auch z.B. eine Oehlbach Powersocket 908 um ein vielfaches teurer ist, als z.B. die sehr preisgünstige 8-fach-Netzleiste Brennenstuhl BF 30000. Wenn Sie sicher sind, dass alle angeschlossenen Komponenten keine Störströme absondern, dann kann die Brennenstuhl-Netzleiste durchaus eine preisgünstige Alternative zu den doch etwas teuren High-End-Netzleisten sein.

Technischer Aufbau der Netzfilter

Die technische Ausführung der Netzfilter besteht ebenso, wie bei einem einfachen Mantelstromfilter in einem Ferritkern am Kabel. Der Unterschied ist hier, dass alle Leiter eines Kabels (Leiter, Nullleiter und Erdung) einzeln mit einem Netzfilter versehen sind. Besonders effizient sind Netzfilter dann, wenn sie so konstruiert sind, dass sie Störströme nicht blockieren, sondern eliminieren, z.B. durch Umwandlung in Wärme.

Anschluss-Tipp: Alle Komponenten an einer Netzleiste

Zu beachten ist bei der Verwendung einer Netzleiste, unabhängig vom Thema Netzfilter, dass alle untereinander über NF-Kabel verbundene Komponenten einer HiFi- oder Heimkinoanlage in eine Netzleiste geführt werden. Nur so haben alle Komponenten das gleiche Erdungspotential, was zur Vermeidung von Differenzspannung und daraus resultierenden Ausgleichströmen zwingende Voraussetzung ist.

Ist nur eine Komponente an einer anderen Erdung angeschlossen, so kann dies die gesamte Anlage stören. Dies kann übrigens auch unbeabsichtigt geschehen, wenn einzelne Komponenten über 2-polige Euro-Netzstecker angeschlossen sind, andere hingegen mit geerdeten Schuko-Steckern. Mehr zu dieser Problematik im HIFI-REGLER-Specials zum Thema Netzleiste und Brummen.

Phasenpolung

Auch die Phasenpolung kann Einfluss auf Klang- und Bildqualität haben. Dabei wird an jedem Gerät einer Anlage einmal ausgemessen, über welchen Leiter des Netzeingangs der angeschlossenen Komponente idealerweise die Phase zugeleitet wird.

Der Stecker wird anschließend markiert. An einer guten Netzleiste wird angezeigt, auf welchem Kontakt der Steckdose die Phase liegt. Alle Stecker der Anlage werden dann so in die Netzleiste eingesteckt, dass Phase auf Phase steckt. Auch zur Phasenpolung mehr im HIFI-REGLER-Special zum Thema Netzleiste .

Zusammenfassung

Ein für Audio- und Videoanwendungen optimierter Netzfilter* muss so konzipiert sein, dass er hochfrequente Störungen im MHz-Bereich (HF) möglichst effizient absenkt, darf dabei aber nicht die niederfrequenten Signalströme (Netz oder NF) beeinflussen. Ein Netzfilter verhindert Störungen aus dem Stromnetz oder der Erdung.

Ein guter Netzfilter muss aber auch die Komponenten einer Anlage untereinander vor Störströmen der jeweils anderen Komponenten der Anlage schützen. Ein Netzfilter der letzteres nicht leistet, kann solche Störströme sogar verstärken sich möglicherweise negativer auf Klang- und Bildqualität auswirken, als dies der Fall wäre, wenn kein Netzfilter eingesetzt wird.

Da Störquellen meist nicht eindeutig ermittelbar und zudem vollkommen fremdgesteuert sind, treten die resultierenden Fehler meist intermittierend, also sporadisch auf. Dies erschwert die Fehlersuche und mögliche Gegenmaßnahmen erheblich. Ein Netzfilter sollte daher in erster Linie als Vorsorgemaßnahme eingesetzt werden, so dass mögliche Störungen gar nicht erst auftreten.


*Sie werden sich vielleicht darüber wundern, dass in technischen Texten häufig von "das Netzfilter" gesprochen wird, wo es doch allgemein und auch laut Duden "der Filter" heißt. Tatsächlich hat sich im technischen Bereich vielfach der sächliche Artikel für Filter eingebürgert.

 

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